Zuurstof toevoegen in een aquarium
Water, zuurstof en licht zijn de belangrijkste knoppen waar je aan kunt draaien om een aquarium te sturen. Voor wat betreft zuurstof is het zaak om de concentratie te maximaliseren binnen de condities van je aquascape.
Opgeloste zuurstof
Opgeloste zuurstof verwijst naar het niveau van vrije, niet-samengestelde dizuurstof (O2) opgelost in water. Maar meestal spreken we over zuurstof, terwijl we O2 bedoelen.
De gebonden zuurstof in water (H2O) zit in een verbinding en telt niet mee voor het gehalte aan opgeloste zuurstof. Omdat zuurstof een niet-polair molecuul is, heeft het een lage oplosbaarheid in water.
In de natuur wordt zuurstof O2 opgelost in water, in verhouding tot de partiële druk van O2 in de atmosfeer. Het verzadigingsniveau van O2 opgelost in zuiver water bij 25ºC en 1 atmosfeer (1013 hPa), is 8,26 mg/l of ppm (parts per million).
Temperatuur
De concentratie is verder afhankelijk van de watertemperatuur en biologische activiteit. Hoe lager de temperatuur, hoe hoger de concentratie opgeloste zuurstof.
| Temperatuur C | Concentratie (ppm) |
| 10 | 11.29 |
| 15 | 10.08 |
| 20 | 9.09 |
| 25 | 8.26 |
| 30 | 7.56 |
| 35 | 6.95 |
Biologische activiteit
Opgeloste zuurstof is essentieel voor het leven in water. In een aquascape wordt zuurstof door dieren en planten opgenomen om glucose om te zetten naar energie (respiratie).
De algemene reactie van respiratie is C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2880 kJ/mol.
Naast planten en dieren verbruiken micro-organismen (microben) zuurstof voor de afbraak van organisch materiaal. Het bekendste voorbeeld in de hobby zijn nitrificerende microben die ammoniak (NH3) of ammonium (NH4+) om zetten naar nitraat (NO3−).
De algemene reactie door comammox microben, die een hoofdrol spelen in het omzetten van ammoniak of ammonium in nitraat, is NH4+ + 2 O2 → NO3– + H2O + 2 H+
Lees meer over ammoniak.
Fotoautotrofen, zoals cyanobacteriën, groene algen en planten, produceren zuurstof door middel van fotosynthese. Hiermee wordt dus zuurstof in het water gebracht.
De algemene reactie is 6 CO2 + 6 H2O + fotonen → C6H12O6 + 6 O2
Fotoautotrofen zijn dus in staat om zelf glucose (C6H12O6) te maken. Heterotofen, zoals mensen en vissen, krijgen glucose binnen door het direct of indirect consumeren van fotoautotrofen.
Lees meer over fotosynthese.
Biochemisch zuurstofverbruik
De meeste wateren, waaronder ook aquascapes, bevatten kleine hoeveelheden organische verbindingen. Microben gebruiken deze verbindingen als voedsel en verbruiken daarvoor zuurstof.
Het microbiële metabolisme kan sneller opgeloste zuurstof verbruiken dan zuurstof uit de lucht kan oplossen in het water of de autotrofe gemeenschap (algen, cyanobacteriën en macrofyten) kan produceren. De opgeloste zuurstof neemt hierdoor af en kan een bedreiging vormen voor planten en dieren.
De afwezigheid van opgeloste zuurstof in water is doorgaans een indicatie van ernstige vervuiling. Wateren met constant hoge opgeloste zuurstof worden beschouwd als stabiele aquatische systemen die in staat zijn om veel verschillende soorten waterleven te ondersteunen.
In water met een hoge organische vervuiling is er sprake van een hoog biochemisch zuurstofverbruik. Biochemisch zuurstofverbruik (BZV) geeft het niveau van vervuiling aan als de hoeveelheid zuurstof die voor aerobe micro-organismen nodig is om organische verontreinigende stoffen in water af te breken.
De meeste ongerepte rivieren hebben een BZV van minder dan 1 ppm. Matig vervuilde rivieren kunnen een BZV tussen de 2 en 8 ppm. Rivieren kunnen als ernstig vervuild worden beschouwd wanneer de BZV-waarden hoger zijn dan 8 ppm. Gemeentelijk afvalwater dat efficiënt wordt behandeld, zou een waarde hebben van ongeveer 20 ppm of minder. Onbehandeld rioolwater varieert, maar ligt gemiddeld rond de 600 ppm in Europa.
Het verhogen van opgeloste zuurstof
Wateroppervlakte
Zuurstof komt in het water terecht door diffusie uit de lucht boven het wateroppervlakte. Een aquarium met een groot wateroppervlakte ten opzichte van het watervolume is daarom in het voordeel, Dit zijn dus aquaria die laag ogen. Dus veel langer en /of dieper zijn, dan hoog.
Omdat het zuurstof rijk is aan het wateroppervlakte, tref je vaak een laag biofilm aan. Een biofilm bestaat uit een symbiose van, onder andere, koolstof (C) en de eerder genoemde stikstof (N) oxiderende microben. Deze laag biofilm verbruikt veel zuurstof en maakt diffusie lastig.
Zelfs het agiteren van het wateroppervlakte is soms niet voldoende. Een zogenaamde skimmer is zeer effectief. Maar een bescheiden luchtslangtje dat een aan luchtpompje hangt, werkt net zo effecief. Een 1 Watt luchtpompje is voldoende om het wateroppervlakte van een aquarium van een halve meter in lengte, brandschoon te houden.
De “bubble rate” kan zelfs bescheiden blijven, waardoor er van geluidsoverlast geen sprake hoeft te zijn.
Temperatuur
Een lagere temperatuur zorgt voor een hogere concentratie opgeloste zuurstof. Dit is uiteraard niet voldoende reden om de temperatuur in een tropische zwartwaterbiotoop te verlagen.
De ideale watertemperaturen voor vissen die veelal op het internet worden gecommuniceerd, zijn gebaseerd op kweek temperaturen. Viskwekers zijn in staat om bij bepaalde temperaturen vissen te kweken en de jongen groot te brengen.
De gedachtengang die hier in sluipt is dat wat goed is voor de kweek is goed voor de vis. En dus houdt de gemiddelde hobbyist, bijvoorbeeld honing gourami’s (Trichogaster Chuna) in een aquarium met een verwarmingselement op gemiddeld 25 graden C.
Reproductie is echter geen indicatie van welzijn. Zelfs niet bij mensen…
De temperatuur van het water waarin vissen, zoals de honing gourami’s, leven, fluctueert. En in veel gebieden is er sprake van een (sterke) seizoensverandering.
De gemiddelde temperatuur in een huiskamer is subropisch.
Een natuurlijke, subtropische fluctuatie doet de dieren en planten die er vandaan komen, meer goed dan slecht. Zie bijvoorbeeld Žák en Reichard, 2020.
In veel gevallen kan een verwarmingselement uit blijven en zal de zuurstofconcentratie vanzelf verbeteren.
De honing gourami, met zijn labyrintorgaan, is natuurlijk een beetje een bedenkelijk voorbeeld. Maar ik denk dat mijn punt helder is.
Planten
Planten zijn netto producenten van zuurstof. Ze verbruiken zelf dag en nacht zuurstof voor respiratie, maar leveren overdag veel meer zuurstof op als bijproduct van fotosynthese.
Het is dus niet zo vreemd dat planten in aangelegde wetlands worden gebruikt om stikstof, fosfor, andere voedingsstoffen, zware metalen en antibiotica te verwijderen. Volgens verschillende auteurs varieert hun bijdrage aan de verwijdering van stikstof en fosfor van respectievelijk 14,29% tot zelfs 80,0% en in het bereik van 10,76-80,0%.
Terwijl drijvende planten verontreinigende stoffen via de wortels ophopen, verzamelen planten die onder water staan ze door het hele lichaam. De efficiëntie van het verwijderen van verontreinigingen hangt af van de soort, de groeisnelheid van de plant en de fysische en chemische eigenschappen van de omgeving.
Blijf scapen,
Ruud
@ Nature Scapes